(57)【要約】【課題】電力機器の絶縁劣化部などからの到来電磁波を高い精度と信頼性で検出できる小型の電磁波センシングシステムを実現することである。【解決手段】電波干渉計システムにより電磁波の到来角を検出して、その電磁波放射源位置を特定する電磁波放射源検出方法であって、複数のアンテナにより観測される電磁波の受信信号の値を証拠変数とし、電磁波の到来角を推論の対象とするようにベイジアンネットワークのモデルを構成し、複数のアンテナで観測された電磁波の受信信号の値をベイジアンネットワークのノードに入力して、ノード間の依存関係に従って条件付確率表ＣＰＴを参照し、到来角の確率分布を算出する。【選択図】    図３
2005055190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波干渉計システムにより電磁波の到来角を検出して、その電磁波放射源位置を特定する電磁波放射源検出方法であって、
複数のアンテナにより観測される電磁波の受信信号の値を証拠変数とし、電磁波の到来角を推論の対象とするようにベイジアンネットワークのモデルを構成し、複数のアンテナで観測された電磁波の受信信号の値をベイジアンネットワークに入力して、推論により電磁波の到来角を検出処理することを特徴とするベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法。
【請求項２】
ベイジアンネットワークは、複数のアンテナからの受信信号の値をそれぞれ入力する複数の受信信号ノードと、複数の受信信号ノードの集合の条件付き確率に依存して電磁波の到来角を推定する到来角ノードとを含むモデルを用いることを特徴とする請求項１に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法。
【請求項３】
ベイジアンネットワークの複数の受信信号ノードと到来角ノードはそれぞれ離散的な値をとり、これら複数の受信信号ノードと到来角ノードとの間の条件付き確率の依存関係を、予め作成された条件付き確率表（ＣＰＴ）により与え、ベイジアンネットワークによる電磁波到来角の検出処理では、複数のアンテナからの受信信号の値を一定周期でサンプリングして複数の受信信号ノードにそれぞれ設定するステップと、複数の受信信号ノードにそれぞれ設定された受信信号の値に対応する条件付き確率を条件付き確率表（ＣＰＴ）から求めるステップと、到来角ノードにおいて各受信信号親ノードの条件付き確率に基づき電磁波到来角を推定する確率計算を行なうステップとを順次実行することを特徴とする請求項２に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法。
【請求項４】
ベイジアンネットワークは、複数のアンテナのいずれが先に電磁波を受信したかを識別するノードを含むことを特徴とする請求項２に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法。
【請求項５】
複数のアンテナからの放射電磁波の受信信号について、ベイジアンネットワークによらない他の位相差あるいは到達時間差の検出方法を併用到来角を推定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法。
【請求項６】
複数のアンテナにより観測される電磁波は、電力機器・設備等に用いられている絶縁材料の劣化により生じる部分放電に基づき放射される電磁波であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法。
【請求項７】
電波干渉計システムにより電磁波の到来角を検出して、その電磁波源位置を特定する電磁波放射源検出装置であって、
複数のアンテナと、複数のアンテナからの電磁波の受信信号の値を確率変数として、ベイジアンネットワークにより電磁波の到来角を推定するベイジアンネットワーク処理手段とを備えていることを特徴とするベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置。
【請求項８】
ベイジアンネットワークは、複数のアンテナからの受信信号の値をそれぞれ入力する複数の受信信号ノードと、複数の受信信号ノードの集合の条件付き確率に依存して電磁波の到来角を推定する到来角ノードとを含むモデル構造をもつことを特徴とする請求項７に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置。
【請求項９】
複数の受信信号ノードと到来角ノードはそれぞれ離散的な値をとり、これら複数の受信信号ノードと到来角ノードとの間の条件付き確率の依存関係を与える条件付き確率表（ＣＰＴ）を備えていて、ベイジアンネットワーク処理手段は、複数のアンテナからの受信信号の値を一定周期でサンプリングして複数の受信信号ノードにそれぞれ入力するステップと、複数の受信信号ノードにそれぞれ入力された受信信号の値に対応する条件付き確率を条件付き確率表（ＣＰＴ）から求めるステップと、到来角ノードにおいて各受信信号ノードの条件付き確率に基づき電磁波到来角を推定する確率計算を行なうステップとからなることを特徴とする請求項８に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置。
【請求項１０】
ベイジアンネットワークは、複数のアンテナのいずれが先に電磁波を受信したかを識別するノードを含むことを特徴とする請求項８に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置。
【請求項１１】
複数のアンテナからの放射電磁波の受信信号について、ベイジアンネットワークによらない他の位相差あるいは到達時間差の検出手法に基づくと到来角推定手段を備え、ベイジアンネットワーク処理手段と併用することを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置。
【請求項１２】
複数のアンテナにより観測される電磁波は、電力機器・設備等に用いられている絶縁材料の劣化により生じる部分放電に基づき放射される電磁波であることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力機器・設備の絶縁材料の絶縁劣化予知診断と劣化位置の特定等を行うのに有用な電磁波放射源検出方法および装置に関するものである。電力機器・設備では、絶縁材料の劣化に伴って部分放電が生じ、電磁波を放射することが知られている。本発明は、このような電磁波放射源からの電磁波を電波干渉計により受信して、その到来角をベイジアンネットワークにより高い確実性と信頼性をもって検出することを可能にする。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する従来の技術としては、参考文献１に、電力機器・設備の絶縁材料の劣化に伴って生じる部分放電ＰＤ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）について、広帯域の電磁波を放射することが、本発明者らにより報告されている。また、参考文献２には、例えばガス絶縁開閉装置（Ｇａｓ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ：ＧＩＳ）のＳＦ６  ガス中において生じる部分放電ＰＤは、ＶＨＦ（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，３０‐３００ＭＨｚ）、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，３００−３０００ＭＨｚ）帯の広帯域電磁波を放射するが、特にＶＨＦ帯の放射電磁波に着目して、電磁波空間位相差法による放電源位置の特定と、ウェーブレット変換（Ｗａｖｅｌｅｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いた時間周波数解析とを行ない、放電進展状態を示す電荷量とダイナミックスペクトラム（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）との関係、および絶縁劣化の進展に伴い低周波成分が出現することについて、本発明者らにより報告されている。この他にも、ＵＨＦ帯電磁波センシングによるＧＩＳ絶縁診断技術、ＶＨＦ帯電磁波センシングによる配電用碍子絶縁診断技術、ＳＨＦ帯（ＧＨｚ  帯）  電磁波センシングによる発電機固子コイル絶縁診断技術が、国内外の様々な研究機関、企業等により報告がなされている。
【０００３】
ところで、近年、大都市では用地の有効活用、地中送電設備との整合性、都市の美観等の点から、高層ビルの地下に超高圧変電所が実現しており、地下変電所の様な限られたスペースにおいて、ＰＤ位置特定のための電磁波センシング技術を導入する場合には、センシングシステム自体を小型化する必要がある。また、市街地の配電線に用いられる碍子の絶縁劣化に関してＰＤ位置を特定する場合にも、測定時の道路交通への影響を考慮すると、センシングシステムの小型化が重要である。そこで本発明者は、前に電波干渉計技術を用いた電磁波源検出方法および絶縁劣化診断方法を発明し、参考文献３に示す特許出願を行なった。この前出願の発明は、複数のアンテナで電磁波を受信し、異なるアンテナ間での受信電磁波の位相差を得ることにより、電磁波の到来角の推定を行なうものである。図８にその具体例の超広帯域ＶＨＦ／ＵＨＦ  電波干渉計システムの構成を示す。
【０００４】
図８のシステムの概要を説明すると、図示されていない部分放電ＰＤより放射された広帯域の放射電磁波２１を、２本のＵＨＦ帯半波長ダイポールアンテナ２２−１，２２−２を使用して受信し、到来角θを検出する。アンテナ間距離である基線長ｄは、たとえば１ｍである。なお、アンテナ素子の全長は，ほぼ周波数５００ＭＨｚ（波長０．  ６ｍ）の半波長の長さである。なお、半波長ダイポールアンテナの代わりに、４分の１波長のモノポールアンテナを用いることも可能である。その場合、利得は若干減少するが、アンテナをさらに小型化することができる。アンテナ２２−１，２２−２により受信したアナログの電磁波信号を、同軸ケーブル２３を通して、アナログ／デジタル変換部２４に入力し、デジタルデータに変換する。本システムの周波数帯域は、このアナログ／デジタル変換部２４の帯域５００ＭＨｚ（−３ｄＢ）によって制限される。
アナログ／デジタル変換を行なうにあたり、アナログ信号を忠実に再現するためには，サンプリング定理により、その入力信号における最大周波数の２倍以上の周波数でサンプリングする必要がある。最高周波数の２  倍の周波数はナイキスト周波数（Ｎｙｑｕｉｓｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）  と呼ばれるが、この周波数以下でサンプリングを行なった場合には，エリアシング（Ａｌｉａｓｉｎｇ）の問題が生じて、元の信号を正しく再生できなくなる。一方、ナイキスト周波数にてサンプリングした場合には，エリアシングの問題なしに信号を観測できる筈であるが、例えば、正弦波波形の１周期中で振幅値ゼロに近い部分の２点をサンプリングした場合には、振幅情報がほとんど含まれないので、元の信号は再生できないことになる。そこで，最高周波数の４倍以上にてサンプリングを行なうと、−３ｄＢの振幅が確保できることから、本システムでは、観測する周波数帯域（５００ＭＨｚ）の５倍のサンプリングレートである２．５ＧＨｚ（  サンプリング時間０．４ｎｓ）  にて波形をデジタルデータとして取得し、そのデータを用いて電磁波の到来角を算出する。
【０００５】
このようにして得られたデジタルデータを用い、フーリエ変換部２５により、フーリエ変換演算を実行する。この演算結果を用いて、位相算出部２６において位相の演算を、また、相互パワースペクトラム算出部２７において相互パワースペクトラムの演算を実行する。さらに位相算出部２６により得られた位相をもとに、位相差算出部２８において位相差、つまり到達時間差を求め、その到達時間差から、到来角算出部２９において、ＰＤからの放射電磁波の到来角を求める。しかし、デジタル高速フーリエ変換で得られる位相差は、±２π以内の値である。また、位相差は高周波ほど大きくなり、角度分解能が高くなるが、±２π，±４π，±８πなどのフリンジを越えてしまう可能性があるので、位相差に対して正しいフリンジを選択加算する必要が生じる。これに対して、低周波では、角度分解能は低いが、その分フリンジを越える可能性は少ない。そこで、この前出願のシステムでは、到来角算出の際に、ＰＤからの放射電磁波の周波数特性がＶＨＦ帯からＵＨＦ帯までを含む超広帯域であることに着目して、帯域内を低周波のＶＨＦ帯と高周波のＵＨＦ帯とに分け、ＶＨＦ帯により到来角を粗く概算し、ＵＨＦ帯では角度分解能の高さを利用して到来角を高精度に求めるようにして、それぞれの周波数帯による検出を組み合わせて信頼性と精度の両方を向上させている。求めた到来角と、相互スペクトルは、データ保存部３０に保存するとともに、表示部３１に表示して、放電箇所、つまり電磁波放射源の位置の特定と受信電磁波の周波数成分が容易に分かるようにしている。ネットワーク通信部３２は、インターネット等を介しての本システムへのアクセスを可能にし、遠隔地からでも電力機器・設備を診断できるようにしている。
【０００６】
さらに、参考文献４に示されているように、一般的な従来技術の相互相関による到達時間差法では，到達時間差（τ）の精度がサンプリング時間（Ｔｓ）によって決まる（τ＝ｎ＊Ｔｓ，  ｎ：デジタルデータのポイント数，すなわち，遅延ポイント数）。たとえば，サンプリング周波数５００ＭＨｚでは，サンプリング時間が２ｎｓとなり，到達時間差は２ｎｓ刻みで求まる。すなわち，誤差の範囲としては，±１ｎｓとなる。また同じ参考文献４には、到達時間差を求める手法として、標準的な相互相関法（ＳＣＣ：Ｔｈｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｒｏｓｓ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）とコヒーレンスによる重み付け方法（ＳＣＯＴ：  Ｔｈｅ  Ｓｍｏｏｔｈ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が記載されている。
【０００７】
また，参考文献５には、相互相関法により求まった到達時間差に２０次の多項式をあてはめ，精度を向上させる手法が記載されている。
【０００８】
【参考文献１】
川田昌武，河崎善一郎，松浦虔士，川崎誠：「電磁波空間位相差法を用いた非接触部分放電検出法」，電学論Ｂ，１１５  巻１０号，ｐｐ．１１６８−１１７３，１９９５  年１０月
【参考文献２】
川田昌武，和田将一，河崎善一郎，松浦虔士，川崎誠：「ＳＦ６  ガス中における部分放電現象のウェーブレット変換を用いた時間周波数解析」，電学論Ｂ，１１７  巻３  号，ｐｐ．３３８−３４５，１９９７  年３  月
【参考文献３】
特願２００１−２２６２５５号（特開２００３−０４３０９４号公報）
【参考文献４】
Ａｍｐｏｌ  Ｔｕｎｇｋａｎａｗａｎｉｃｈ，  Ｚｅｎ−Ｉｃｈｉｒｏ  Ｋａｗａｓａｋｉ，  Ｋｅｎｊｉ  Ｍａｔｓｕｕｒａ，  ”Ｌｏｃａｔｉｏｎ  ｏｆ    Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ＰＤ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  ｏｎ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｌｉｎｅｓ  ｂｙ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｅｍｉｔｔｅｄ  Ｐｕｌｓｅ−Ｔｒａｉｎ    Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅｓ”，  電気学会論文誌Ｂ，１２０巻１１号，ｐｐ．１４３１−１４３６，平成１２）
【参考文献５】
Ｃｈｙｅ  Ｈｕａｔ  Ｐｅｃｋ，  Ｐｈｉｌｉｐ  Ｊ．  Ｍｏｏｒｅ，”  Ａ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−  Ｆｉｎｄｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ  Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ  Ｎｏｉｓｅ  Ｓｏｕｒｃｅ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，  Ｖｏｌ．４３，  Ｎｏ．２，  Ｍａｙ  ２００１，  ｐｐ．１４９−１５４
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、大都市においてＰＤ位置特定のために電磁波センシング技術を導入する場合には、電磁波センシングシステム自体を小型化することが重要である。この解決を図るため前願（参考文献３）のシステムでは、電波干渉計技術により異なるアンテナ間での電磁波の位相差を得て到来角の推定を行ない、さらにデジタル高速フーリエ変換の特質から生じる、位相差が±２πを越えることができないという問題を解決するため、異なる複数の周波数帯による位相差検出を組み合わせて精度と信頼性を向上させていた。しかし、この前出願のシステムでは、アンテナ受信信号のサンプリング周波数を観測周波数（５００ＭＨｚ）の５倍に設定し、しかも高速フーリエ変換後に異なる複数の周波数帯による位相差検出処理を並行して行なわなければならないため、高性能の処理装置が必要となり、処理も複雑になるという問題があった。
本発明の課題は、簡単な構成で電磁波放射源検出の確実性と信頼性の高い小型の電磁波センシングシステムを実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した前願のシステムでは、複数のアンテナの受信信号をサンプリングし、フーリエ変換してから位相差を算出し到来角を推定していたが、本発明では、複数のアンテナの受信信号をサンプリングして、それらのデジタルデータ値を証拠変数としてベイジアンネットワークへ投入し、ベイジアンネットワークでアンテナ受信信号間の到達時間差を求め、確率的に電磁波の到来角を推論するようにした。具体的には、サンプリング時間毎の各時刻における受信信号の値を証拠変数Ｅとし、到来角Ｘを推論の対象とする。
不確実性を含む問題を体系的に扱うためには、確率変数を用いるのが有効である。ベイジアンネットワークは、確率変数の相関や依存関係をグラフ構造で表現したグラフィカルモデルの一種であり、具体的には、後に図４の実施例により詳述されるが、ベイジアンネットワークでは、事象をノードとして表現し、事象間の依存関係を向きの付いたリンク（有向リンク）を条件付き確率で表すことで問題領域をモデル化する。各事象には確率変数が与えられ、事象の取り得る各状態に対する確率値を取る。また、事象の状態が離散値を取るときは、事象間の依存関係を、表１に示すような条件付き確率表ＣＰＴ（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ  Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  Ｔａｂｌｅ）で表わす。
【００１１】
【表１】
2005055190.tif 000003
【００１２】
本発明では、ベイジアンネットワークを構成するために、到来角Ｘの事前確率Ｐ（Ｘ）と到来角ごとの対応する到達時間差の確率分布を与える条件付き確率表ＣＰＴを予め求めておき、到来角Ｘを推定する場合は、観測された受信信号の値Ｐ（Ｅ）から、条件付き確率表ＣＰＴを参照して、到来角Ｐ（Ｘ｜Ｅ）を計算する。条件付き確率表ＣＰＴを予め作成するのに必要な多くの観測データが得られない場合、到来時間誤差は、到達時間差を平均値としたガウス分布に従うものとして、受信信号の到来角との関係式からデータを生成することで、事前に電磁波を観測することなくＣＰＴを計算することができる。
【００１３】
図１は、受信信号の到達時間差と到来角との関係式を説明するための本発明の原理説明図である。図中、１は放射電磁波、２ａ，２ｂは２本のアンテナ、３はアンテナ２ａ，２ｂに対する電磁波到来角θ、４は２本のアンテナ間の基線長ｄ，５は２本のアンテナのケーブル、ｃｈ１，ｃｈ２は受信信号を示す。
２本のアンテナ２ａ，２ｂで受信される放射電磁波１の伝搬距離（行路）差はｄ  ｃｏｓθ  で表わされるから、ｃを光速（＝３×１０８  ［ｍ／ｓ］）とすると、両アンテナで受信した信号の到達時間差τ（理論値）と到来角θの関係は、次式（１）で表すことができる。
【００１４】
【数１】
2005055190.tif 000004
【００１５】
また到達時間差τの誤差は、平均をμ、分散をσとすると、
【００１６】
【数２】
2005055190.tif 000005
【００１７】
で表されるガウス分布に従うものとし、平均値には式（１）により求めた到達時間差τが用いられる。例として、到来角が３０度、６０度、９０度であるときの到達時間差の確率分布を図２のグラフに示す。ここでは、分散σを０．５とする。次に、式（１）を式（２）に代入し、
【００１８】
【数３】
2005055190.tif 000006
【００１９】
とすると，到来角がＸであるとき受信信号の到達時間差がｔ’となる確率Ｐ（ｔ’｜Ｘ）は次式（４）で表すことができる。
【００２０】
【数４】
2005055190.tif 000007
【００２１】
但し，Ｔ，  ｔ’は共にサンプリング時間（０．４［ｎｓ］）による離散値である。また，値域は，−４．０  ［ｎｓ］≦Ｔ，  ｔ’≦４．０  ［ｎｓ］であり，本システムで採用したアンテナ間距離（１［ｍ］）から考えられる到達時間差の範囲に基づいている。なお，到達時間差の最大時間差は，アンテナ間距離／電磁波伝搬速度＝  １［ｍ］  ／  ３×１０８  ［ｍ／ｓ］    ＝  ３．３３３．．  ［ｎｓ］と求まる。Ｔ，  ｔ’の離散化された時間は，図４におけるノード配置時刻に対応する。また，サンプリング時間，アンテナ間距離を変更した場合には，それぞれ各値を変更することで対応できる。
式（４）を用いることで，各時刻（ノード）について到来角がＸであるとき受信信号の値がＹとなる条件付き確率Ｐ（Ｙ｜Ｘ）を計算し，ＣＰＴを作成する。例として，ｃｈ１のノードＴ１３  ，Ｔ１４（図４参照）  におけるＣＰＴを〔表２〕，〔表３〕に示す。なお，ＣＰＴでは簡単のため，確率が０．０５以下の値は０とした。
また，本発明では事前に電磁波の到来角（放電源）に関する情報が与えられていないものと仮定し，全ての到来角Ｘ  ＝［０，  １，…，１７９，１８０］（１８１状態）について事前確率をＰ（Ｘ）＝１／１８１とする。
【００２２】
本発明のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法および装置は、以下のように構成されることができる。
（１）  電波干渉計システムにより電磁波の到来角を検出して、その電磁波放射源位置を特定する電磁波放射源検出方法であって、
複数のアンテナにより観測される電磁波の受信信号の値を証拠変数とし、電磁波の到来角を推論の対象とするようにベイジアンネットワークのモデルを構成し、複数のアンテナで観測された電磁波の受信信号の値をベイジアンネットワークに入力して、推論により電磁波の到来角を検出処理することを特徴とするベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法の構成。
（２）  ベイジアンネットワークは、複数のアンテナからの受信信号の値をそれぞれ入力する複数の受信信号ノードと、複数の受信信号ノードの集合の条件付き確率に依存して電磁波の到来角を推定する到来角ノードとを含むモデルを用いることを特徴とする前項（１）に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法の構成。
（３）  ベイジアンネットワークの複数の受信信号ノードと到来角ノードはそれぞれ離散的な値をとり、これら複数の受信信号ノードと到来角ノードとの間の条件付き確率の依存関係を、予め作成された条件付き確率表（ＣＰＴ）により与え、ベイジアンネットワークによる電磁波到来角の検出処理では、複数のアンテナからの受信信号の値を一定周期でサンプリングして複数の受信信号ノードにそれぞれ設定するステップと、複数の受信信号ノードにそれぞれ設定された受信信号の値に対応する条件付き確率を条件付き確率表（ＣＰＴ）から求めるステップと、到来角ノードにおいて各受信信号親ノードの条件付き確率に基づき電磁波到来角を推定する確率計算を行なうステップとを順次実行することを特徴とする前項（２）に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法の構成。
（４）  ベイジアンネットワークは、複数のアンテナのいずれが先に電磁波を受信したかを識別するノードを含むことを特徴とする前項（２）に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法の構成。
（５）  複数のアンテナからの放射電磁波の受信信号について、ベイジアンネットワークによらない他の位相差あるいは到達時間差の検出方法を併用到来角を推定することを特徴とする前項（１）ないし（４）のいずれかに記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法の構成。
（６）  複数のアンテナにより観測される電磁波は、電力機器・設備等に用いられている絶縁材料の劣化により生じる部分放電に基づき放射される電磁波であることを特徴とする前項（１）ないし（５）のいずれかに記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出方法の構成。
（７）  電波干渉計システムにより電磁波の到来角を検出して、その電磁波源位置を特定する電磁波放射源検出装置であって、
複数のアンテナと、複数のアンテナからの電磁波の受信信号の値を確率変数として、ベイジアンネットワークにより電磁波の到来角を推定するベイジアンネットワーク処理手段とを備えていることを特徴とするベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置の構成。
（８）  ベイジアンネットワークは、複数のアンテナからの受信信号の値をそれぞれ入力する複数の受信信号ノードと、複数の受信信号ノードの集合の条件付き確率に依存して電磁波の到来角を推定する到来角ノードとを含むモデル構造をもつことを特徴とする前項（７）に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置の構成。
（９）  複数の受信信号ノードと到来角ノードはそれぞれ離散的な値をとり、これら複数の受信信号ノードと到来角ノードとの間の条件付き確率の依存関係を与える条件付き確率表（ＣＰＴ）を備えていて、ベイジアンネットワーク処理手段は、複数のアンテナからの受信信号の値を一定周期でサンプリングして複数の受信信号ノードにそれぞれ入力するステップと、複数の受信信号ノードにそれぞれ入力された受信信号の値に対応する条件付き確率を条件付き確率表（ＣＰＴ）から求めるステップと、到来角ノードにおいて各受信信号ノードの条件付き確率に基づき電磁波到来角を推定する確率計算を行なうステップとからなることを特徴とする請求項８に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置の構成。
（１０）  ベイジアンネットワークは、複数のアンテナのいずれが先に電磁波を受信したかを識別するノードを含むことを特徴とする前項（８）に記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置の構成。
（１１）  複数のアンテナからの放射電磁波の受信信号について、ベイジアンネットワークによらない他の位相差あるいは到達時間差の検出手法に基づくと到来角推定手段を備え、ベイジアンネットワーク処理手段と併用することを特徴とする前項（７）ないし（１０）のいずれかに記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置の構成。
（１２）  複数のアンテナにより観測される電磁波は、電力機器・設備等に用いられている絶縁材料の劣化により生じる部分放電に基づき放射される電磁波であることを特徴とする前項（７）ないし（１１）のいずれかに記載のベイジアンネットワークによる電磁波放射源検出装置の構成。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図３ないし図７により、本発明の好適な実施の形態を説明する。
図３は、本発明による電磁波放射源検出装置の１実施例の基本構成図である。図中、１は放射電磁波、２ａ、２ｂは図１で説明したものと同じアンテナ、５はケーブル、６はアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）部、７はベイジアンネットワーク部、８は到来角推定結果表示・保存部、ｄはアンテナ間の基線長、θは電磁波到来角、ｃｈ１，ｃｈ２は受信信号を示す。
放射電磁波１は、２本のアンテナ２ａ、２ｂにより到達時間差をもって並行して受信される。アンテナ２ａ、２ｂからのアナログの受信信号ｃｈ１，ｃｈ２は、ケーブル５を通してそれぞれアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）部６に入力され、一定時間毎にサンプリングされてデジタルデータの受信信号に変換される。変換結果のデジタルデータは、次にベイジアンネットワーク部７に入力されて、それに基づく電磁波到来角の確率計算が行なわれ、到来角の推定値の分布が求められる。得られた到来角の推定値の分布は、到来推定結果表示・保存部８にて表示されるとともにデジタルデータとして保存される。
【００２４】
図４は、ベイジアンネットワーク部７のモデル構成図である。図中、９は受信信号ノードであり、電磁波到来角の推定を行うために、各時刻（Ｔ１，・・・，Ｔ１０）におけるアンテナ出力のｃｈ１とｃｈ２の各受信信号の値が並行して入力される。受信信号ノード９への受信信号の入力は、両アンテナで受信した電磁波信号のどちらか一方でも２値の閾値を超えた時刻から開始する。受信信号ノード９の状態はＯｎ，Ｏｆｆの２値であり、入力開始時刻から最初に受信信号が閾値を超えた場合にＯｎそれ以外はＯｆｆとする。ノード数はアンテナ間距離を考慮して両チャンネルについて任意に決定する。１０はチャンネル受信順序ノードであり、ｃｈ１、ｃｈ２の２状態を持ち、最初に閾値を超えた側のチャンネルを表わす。ただし、両チャンネルの受信信号が同時刻に閾値を超えた場合には、チャンネル受信順序ノード１０への入力は行なわない。チャンネル受信順序ノード１０は、放射電磁波の到来方向が０〜９０度の範囲か９０〜１８０度の範囲かを識別可能にする。１１は到来角ノードであり、０度から１８０度の整数として（０  ，１，……１７９，１８０）の１８１状態を用意する。これにより、到来角の推定を１度単位で行うことを可能にする。
ベイジアンネットワークを構築するにはＣＰＴを求める必要があるが、ＣＰＴの全ての条件付き確率を求めるには多くの観測データが必要であり、取り得る全ての状態を観測するのは困難である。そこで本実施例では受信信号の到来角の関係式からデータを生成することで、事前に電磁波を観測することなくＣＰＴを計算する。但し，Ｔ＝［−４．０，−３．６，−３．２，…，３．２，３．６，４．０］（ｎｓ）であり，本実施例で採用したアンテナ間距離（１ｍ）から考えられる到達時間差の範囲に基づいている。到達時間差の最大時間差は，アンテナ間距離／電磁波伝搬速度＝  １［ｍ］  ／  ３×１０８  ［ｍ／ｓ］    ＝  ３．３３３．．  ［ｎｓ］と求まる。なお，これは図３におけるノード配置時刻に対応する。また，Ｔの時間間隔はサンプリング時間  （本システムでは０．４ｎｓ）である。前述した式（４）を用いることで，各時刻（ノード）について到来角がＸであるとき受信信号の値がＹとなる条件付き確率Ｐ（Ｙ｜Ｘ）を計算し，ＣＰＴを作成する。
例として，図４におけるｃｈ１の受信信号ノードＴ３  ，Ｔ４におけるＣＰＴを〔表２〕、〔表３〕に示す。なお，ＣＰＴでは簡単化のため，確率が０．０５以下の値は０とした。また，本実施例では事前に電磁波の到来角（放電源）に関する情報が与えられていないものと仮定し，全ての到来角Ｘ  ＝［０，  １，…，１７９，１８０］について事前確率をＰ（Ｘ）＝１／１８１とした。
【００２５】
【表２】
2005055190.tif 000008
【００２６】
【表３】
2005055190.tif 000009
【００２７】
次に、図４に示すベイジアンネットワーク部による電磁波到来角の推定を行う処理について述べる。各時刻における両アンテナの受信信号の状態を表す受信信号ノード９（Ｔ１ｎ，  Ｔ２ｎ）を用意する（ｎ＝１，２，・・・１０）。受信信号ノード９への受信信号の入力は絶対値で行ない，両アンテナで受信した信号のどちらか一方でも閾値を超えた時刻から開始する。ノードの状態は［Ｏｎ，  Ｏｆｆ］の２値であり，入力開始から最初に受信信号が閾値を超えた時刻に”Ｏｎ”，それ以外は”Ｏｆｆ”とする。ノード数はアンテナ間距離を考慮して両チャンネルともに１０とし４ｎｓ（０．４ｎｓ×１０）の間，信号を入力する。これらのノードにより，両チャンネルにおける受信信号の到達時間差を表わす。
【００２８】
さらに，最初に閾値を超えたチャンネルを識別し、ｃｈ１，  ｃｈ２のいずれであるかによって、チャンネル受信順序ノード１０（Ｃｈａｎｎｅｌ）に  ［ｃｈ１，  ｃｈ２］の一方の状態を設定する。但し，受信信号が同時刻に閾値を超えた場合はこのノードへの入力は行わない。また，到来角を表す到来角ノード１１（Ａｎｇｌｅ）については０〜１８０ｄｅｇの整数として［０，１，…，１７９，１８０］の１８１状態を用意する。これにより到来角の推定は１ｄｅｇ単位で行う。なお，到来角推定を任意の角度で行う場合には，その角度分の状態を用意すればよい。
本システムにおいて求めたい確率を
【００２９】
【数５】
2005055190.tif 000010
【００３０】
と表記する。なお，左辺の記号は図４に対応する。Ｃｈａｎｎｅｌにはｃｈ１，ｃｈ２が入る。
【００３１】
求めるＡｎｇｌｅの値Ｘの確率はベイズの定理より次式（６）
【００３２】
【数６】
2005055190.tif 000011
【００３３】
で計算することができる。Ｐ（Ｘ）は到来角の事前確率であり，Ｐ（Ｅ｜Ｘ）  は事前に求めておいた条件付き確率表（ＣＰＴ）から計算可能である。
【００３４】
電磁波到来角の推定に用いる受信電圧の閾値をあらかじめ任意に設定することは困難である。そのため，閾値を任意に複数設定し，それぞれの閾値について確率が最大となる到来角を推定する。推定した到来角は次式（７）により平均値を求め，最終的な推定値とする。
【００３５】
【数７】
2005055190.tif 000012
【００３６】
Ｙ：到来角の平均値
ｉ：閾値を区別するための番号
ｙｉ：閾値ｉで推定した到来角
Ｐｉ（ｙｉ）：閾値ｉにおける到来角ｙｉの確率
以上により，ベイジアンネットを用いることで確率的に電磁波の到来角を推定することができる。
次に、本発明実施例システムによる放射電磁波源検出の実験例について述べる。図５は、実験用の放射電磁波を発生させる模擬部分放電発生実験回路の概要図である。ＡＣ電源電圧をトランスによち昇圧し、整流して波形を整形し、回路中の針−平板電極間にて実際にＰＤを発生させた。一般的に，絶縁劣化に伴うＰＤの検出では，ＰＤの電荷量を求めることにより，システムの検出精度を評価しているが，本実験では電磁波到来角の特定を目的としているため，針−平板電極間電圧を測定電流値と同図中の抵抗（１００ＭΩ）から求めるのみとした。なお，同図の実験は屋内にて行っており，放射電磁波の反射も生じていると考えられるが，地下変電所等の屋内電力設備，及び，屋外での他の機器・設備を考慮すると，反射も存在するものとして実験し，その放射源を特定する必要がある。
【００３７】
本実施例システムのアンテナの基線から到来角６０度の方向に放電源として図５に示す針−平板電極を配置し，その放電源より放射された電磁波の受信結果を図６の波形図に示す。なお，同図はサンプリング時間０．４ｎｓであり，記録時間８００ｎｓ（＝０．４ｎｓ×  ２０００ｐｏｉｎｔ）の波形である。同図より，一般的に報告されているＰＤからの放射電磁波と同様に，立ち上がり時間が短く，徐々に減衰する波形であることが分かる。
図７は、電磁波到来角推定結果の１例のグラフであり、実際に図５の回路により部分放電を発生させ、到来角６０度から受信した信号を元に推定した結果である。横軸に到来角（Ａｎｇｌｅ）、縦軸に信頼度（Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｂｅｌｉｅｆ）をとって、到来角の推定結果を、０度〜１８０度の範囲の確率分布で表わしている。グラフの到来角６０度の位置に高いピークが存在しており、本発明手法が有効であることがわかる。
なお、これまで２本のアンテナを用いて電磁波の到来角を検出する例についてのみ説明してきたが、３本以上のアンテナを用いて２本ずつの組を作り、上述した本発明の処理を組み合わせることによって、３次元的な電磁波到来方向の推定を行ったり、電磁波放射源の位置を特定したりすることも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、アンテナ受信信号をサンプリングして、ベイジアンネットワークにより直接的に電磁波到来角の確率分布を計算できるため、従来の高速フーリエ変換を行なってから位相差を求めて到来角を推定する手法にくらべて複雑な処理を要せず、簡単な装置構成で電磁波放射源の方向や位置を特定することができる。また主要な処理機能はソフト的なものであるめ、従来の絶縁劣化診断システムの装置をほとんど利用することができ、従来システムのソフト部分を本発明システムで置き換えたり、参考文献３に示した前出願の発明のようなベイジアンネットワークによらない他の位相差あるいは到達時間差の検出手法に基づく到来角推定手段と併用することにより、低いコストで確実性・信頼性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】到来角が３０度、６０度、９０度のときの到達時間差の確率分布グラフである。
【図３】本発明による電磁波放射源検出装置の基本構成図である。
【図４】本発明実施例によるベイジアンネットワーク部のモデル構成図である。
【図５】模擬部分放電発生実験回路の概要図である。
【図６】到来角６０度における受信電磁波の波形図である。
【図７】本発明の到来角推定結果を示す説明図である。
【図８】従来例の超広帯域ＶＨＦ／ＵＨＦ  電波干渉計システムの構成図である。
【符号の説明】
１：放射電磁波
２ａ，２ｂ：アンテナ
３：到来角
４：アンテナの基線長
５：ケーブル
６：アナログ／デジタル変換部
７：ベイジアンネットワーク部
８：到来角推定結果表示・保存部
９：受信信号ノード
１０：チャンネル受信順序ノード
１１：到来角ノード
【図１】
2005055190.tif 000013
【図２】
2005055190.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005055190.tif 000017
【図６】
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【図７】
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【図８】
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